提高重卷拉矯輥壽命的優化

宋全斌，馬 林，劉 維

(唐山鋼鐵集團，河北 唐山 063000)

提高重卷拉矯輥壽命的優化

宋全斌，馬 林，劉 維

(唐山鋼鐵集團，河北 唐山 063000)

介紹了唐鋼一冷軋重卷機組的生產流程和拉矯機狀態。通過對拉矯機使用中拉矯輥消耗量大，經常出現斷輥、掉輥造成帶鋼表面劃傷缺陷等現象的研究，找出多項影響拉矯輥使用壽命的原因。經過輥端軸承結構的優化、裝配質量的優化、生產工藝參數的優化、檢修制度的完善，提高了拉矯輥的壽命，降低了備件和檢修成本，確保了產品質量的穩定性。

重卷；拉矯輥；壽命；降耗

0 前言

拉伸彎曲矯直機是重卷拉矯機組的重要設備。主要用于對帶鋼進行連續拉伸彎曲矯直，消除帶鋼邊波、中波、瓢曲等板型缺陷，改善帶材平直度[1～4]。隨著高質量冷軋板的需求量增大，唐鋼一冷軋籌建1#重卷和2#重卷兩條生產線。兩條重卷生產線由中國重型院提供，此拉矯重卷機組用于將冷軋帶卷經拉伸彎曲矯直、切邊后進行分卷。經過多年的連續運行，近期生產中經常出現拉矯輥斷裂、脫落等事故。拉矯輥壽命嚴重制約著拉矯機的壽命，并對產品質量產生影響。據統計2014年唐鋼重卷機組拉矯輥及輥端軸承備件費用高達60余萬元，并產生了170余噸的由拉矯輥原因導致的劃傷非計劃品，嚴重影響產品質量和企業的品牌形象。

1 唐鋼一冷軋拉矯機簡介

拉矯機本體由出、入口導向輥、兩彎兩矯的四個單元輥系、上輥系輥座吊掛裝置、下輥座壓上裝置、輥縫快速打開機構，換輥裝置、機架等組成。輥系軸承采取干油潤滑方式。機架為鋼板型鋼焊接而成，出口入口導向輥固定在機架上。 用于帶材進出矯直機本體時導向。

1#、2#彎曲單元的輥系由上下兩部分組成，上部分由工作輥、中間輥、支撐輥和導向輥組成，下部分由工作輥、中間輥、支撐輥組成。3#矯直單元上輥系由工作輥、中間輥、支撐輥組成，下輥系由兩個相同的導向輥組成。4#矯直單元的上輥系由兩個相同的導向輥組成，下輥系由工作輥、中間輥、支撐輥組成。其工作精度由零件加工精度、軸承精度、部件及整機裝配精度、安裝精度等保證。1#、2#單元下輥座固定于同一底座上。3#、4#單元下輥座固定于同一底座上。分別由一對液壓缸驅動升降，實現輥縫快速打開。便于穿帶和通過焊縫。

2 影響拉矯輥壽命的原因

影響拉矯輥壽命的原因[5～7]很多種，如：輥子材質、加工精度、安裝精度、生產工藝參數、生產維護等。本文通過對現場拉矯機使用過程中的問題進行跟蹤調查，發現多項影響拉矯輥壽命的原因，歸納起來主要有：(1)由于板面臟，拉矯機使用周期長，清理不及時，有大量油泥及鐵屑聚集在輥子上，造成輥面磨損嚴重；(2)拉矯機長時間使用后，輥端與固定蓋板連接處也會聚集鐵屑，甚至進入輥子軸承，導致拉矯輥不轉；(3)以前檢修維護時輥端固定螺栓經常不加彈墊，極易造成使用中螺栓松動或掉落；(4)輥端蓋板及輥端軸承加工尺寸精度或安裝精度不夠，導致輥子脫落等；(5)拉矯機長時間使用不找平，出現輥系傾斜，使輥子受力不均造成損壞。(6)生產工藝參數設置不合理。

3 提高拉矯輥使用壽命的措施

3.1 輥端軸承結構的優化

輥端軸承原設計外側長度為89 mm，軸頭長度10 mm，使用發現由于輥子軸向竄動，輥端軸承軸頭側端面經常與蓋板形成接觸，且對蓋板造成磨損嚴重，雖蓋板材質為銅質，但長時間使用極易造成輥端軸承軸頭斷裂或燒壞，經過與廠家溝通，將原設計進行優化，即將輥端軸承外側長度縮短至87.5 mm，將軸頭長度延長至11.5 mm，總體長度不變，如圖1所示，通過提高軸頭長度，增加了輥端軸承軸頭側端面與蓋板的之間的間隙，可有效減少接觸的可能性，大大減少了因此造成的輥端軸承軸頭斷裂導致的輥子損壞。

圖1 優化后的輥端軸承Fig.1 Roller end bearing structure optimized

3.2 裝配質量的優化

裝配質量直接影響輥子的壽命的長短。裝配質量主要包括：(1)緊固件固定螺栓和彈墊的緊固和更換；(2)輥系尺寸的裝配；(3)軸承的潤滑。

更換輥系時經常不檢查蓋板固定螺栓和彈墊，并且更換螺栓時也不能做到全部加彈墊；長時間使用后，松動的螺栓得不到緊固和更換，導致生產時經常出現螺栓掉落致使輥子脫落現象，此時會百分百造成帶鋼劃傷甚至嚴重時造成斷帶事故。重新安裝輥系時，檢修人員要逐一對固定螺栓和彈墊進行緊固，并對掉落和折斷的固定螺栓和彈墊及時進行更換，有效避免了因螺栓掉落造成的掉輥現象。

拉矯輥輥系重裝時，如果水平度誤差過大即操作側和傳動側偏差過大，造成輥子與帶鋼接觸受力不均。輥子受力大的一側磨損嚴重甚至輥端軸承和蓋板產生摩擦阻力，極易引起輥頭或輥子斷裂，而且唐鋼50%以上的輥子損壞均是由此原因造成。因此提高輥系的裝配精度是必要的，保證輥系內工作輥與支撐輥的水平度誤差不大于0.04 mm/m；保證輥系內工作輥與支撐輥的平行度誤差不大于0.04 mm/m；保證輥系之間平行度誤差不大于0.04 mm/m。經過提高裝配精度，現拉矯機各輥系均能滿足要求，大大減少了因輥系兩側位置度過大導致的輥子損壞現象。

裝配時，軸承用煤油清洗干凈，并在軸承處均涂以適量干油，以保證輥子轉動靈活，提高其使用壽命。

3.3 生產工藝參數的優化

生產過程中，拉矯段張力、上下輥系重疊量對拉矯輥強度有很大影響，進而影響其壽命。唐鋼重卷拉矯機組拉伸彎曲矯直機輥系結構如圖2、圖3所示，以下輥系工作輥為研究對象，忽略其他影響,考慮拉矯段張力、輥系重疊量對輥子受力示意圖如圖4所示,假定拉矯段張力為T，張力的包角為α，輥子受力為F。

圖2 大重疊量輥系結構示意圖Fig.2 Roll system structure of large overlap

圖3 重疊量減小輥系結構示意圖Fig.3 Roll system structure of small overlap

圖4 工作輥受力示意圖Fig.4 Force schematic diagram of working roll

分析圖2～4發現，隨著上下輥系重疊量的減小，輥子受板帶張力T的包角α增大；重疊量一定的情況下，拉矯段張力T越大，則輥子受力F越大；張力T一定的情況下，重疊量越小，包角α隨之越大，則輥子受力F越小。

材料力學[8]彎曲強度條件公式為

(1)

由式(1)發現，在抗彎截面系數W不變的情況下，要提高輥子的彎曲強度，只有降低輥子的最大彎矩Wmax即降低輥子的受力。

實際生產中的工藝參數見表1。

表1 工藝參數

分析表1發現，隨著板厚的增大，矯直段張力不斷增大；同時重疊量在逐漸減小。實際生產中在保證板帶平直度的情況下，根據不同的板厚對矯直段張力、重疊量進行調整，降低矯直段張力，減小輥系重疊量，以提高拉矯輥彎曲強度，進而提高壽命。

3.4 檢修制度的完善

(1)輥盒的清理制度。唐鋼一冷軋工序流程：酸軋→罩退→平整→重卷拉矯→成品。由于沒有進行脫脂處理，帶鋼表面存在細微灰分和鐵屑，經重卷拉矯時，部分灰分和鐵屑附著在拉矯輥表面甚至輥端軸承及蓋板縫隙處，會造成輥面磨損甚至輥子不轉等現象，極易造成帶鋼表面劃傷。因此專門制定拉矯機輥系清理制度，及時清理拉矯輥，這樣提高了拉矯輥使用壽命。清理前后如圖5所示。

圖5 輥系清理前后對比圖Fig.5 Roll system before and after cleaning

(2)點檢制度。在使用過程中，拉矯輥的損壞或不轉有一定的時間過程。經過長時間摸索，重卷機組建立了拉矯機定時點檢和狀態記錄制度。每兩小時對拉矯機運行狀態進行點檢一次，同時記錄當前拉矯機狀態，主要有拉矯機輥系運轉情況，軸向竄動情況，軸承的潤滑等。此制度建立可避免輥子使用中突然不轉或掉落的發生，將事故發生率降到最小。點檢制度完善，有效延長了拉矯輥的使用壽命。

4 結語

通過對拉矯機使用現狀存在的問題分析，找出了多項可改進的措施：輥端軸承結構優化；裝配質量優化；生產工藝參數優化，特別是張力、重疊量；檢修制度的完善。隨著改進措施的實施，唐鋼一冷軋重卷機組的拉矯機故障得到了有效控制，大大提高了拉矯輥的使用壽命。通過統計，2015年較2014年拉矯輥磨削修復數量減少41%，輥端軸承消耗減低20%，且減少拉矯輥造成的劃傷非計劃品50%以上，年降低拉矯機備件費用及產品降判費用合計20余萬元，有效降低了工序成本，提高了產品競爭力。

[1] 周國盈.帶鋼精整設備[M].北京:機械工業出版社，1982.

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[3] 任玉成，劉志紅.拉矯重卷機組關鍵技術[J].天津冶金，2007 (3):30-32.

[4] 崔甫.矯直原理與矯直機械[M].北京：機械工業出版社，1979.

[5] 王路兵，張亮，陳兵.冷軋拉伸彎曲矯直機彎曲輥磨損理論與仿真研究[A].第九屆中國鋼鐵年會論文集[C].2013 (10):1-5.

[6] 朱簡如.拉伸矯直機磨損成因理論分析及工藝優化[J].寶鋼技術，2008 (4):15-18.

[7] 韓冰，汪曦，陳時.提高拉矯機使用壽命問題的分析與解決[J].冶金設備，2005 (2):68-70.

[8] 劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社，1992.

Measures for improving the service life of recoiling pulling-straightening roller

SONG Quan-bin， MA Lin，LIU Wei

(Tangshan Iron & Steel Group, Tangshan 063000, China)

This paper introduced the production process and the condition of tension leveler in the recoiling line of Tang steel 1# cold rolling plant. Through the research of the pulling-straightening roller’s high consumption and strip surface scratched by roller breakage or falling, it is found the reasons that influenced the life of the pulling-straightening roller. By optimizing some equipment and parameters, such as the bearing structure in the roller end, assembly quality, the production process parameters and the repair system, the service life of the pulling-straightening roller was improved, the cost of the spare parts and maintenance were reduced, and the stability of product quality was ensured.

recoiling；pulling-straightening roller；service life

2016-04-28；

2016-06-15

宋全斌(1971-)，男，唐山鋼鐵集團工程師。

TH132.4

A

1001-196X(2016)04-0070-04